對水閘高排架施工安全性要素的掌控及驗算

朱 武劉成偉李 莉嚴 珊易明珠（.江蘇省泗洪縣水利工程處 泗洪 900 .江蘇省鴻源招標代理有限公司 南京 0000 .泗洪縣水利局 泗洪 900 .南京市江寧區水利局 南京 0000）

對水閘高排架施工安全性要素的掌控及驗算

朱 武1劉成偉2李 莉3嚴 珊4易明珠4
（1.江蘇省泗洪縣水利工程處 泗洪 223900 2.江蘇省鴻源招標代理有限公司 南京 210000 3.泗洪縣水利局 泗洪 223900 4.南京市江寧區水利局 南京 210000）

水閘高排架施工即高度大于10m以上的排架施工。筆者通過分析工程施工的實例，結合水利工程施工質量建設標準強制性條文中相關規定，通過驗算進行布設，使安全性要素的掌控收到了良好的效果。此例可為今后同類工程施工提供基本數據和詳細的計算運用，有助于高排架施工安全性的掌控。

水閘 高排架施工 安全 驗算

1 概述

安東河閘位于淮河流域下游泗洪縣安東河上，距洪澤湖1.2km，是安東河入洪澤湖的控制性建筑物，隸屬淮河治理的配套項目，是具有排澇、擋洪、滯洪、蓄水、引水、通航等功能的綜合性項目，原閘建成于1979年，2014年對老閘進行移址重建。按10年一遇排澇流量為304.5m3/s設計，20年一遇流量為411.7 m3/s進行校核設計和建設，共5孔，其中最南側閘孔兼做通航孔，凈寬8m，其余4孔凈寬7m，總凈寬45m。

根據設計的要求，該閘施工中最易出現安全問題的是對閘室以上排架部位的施工，排架共17.0m高，且以上部位需進行工作橋及啟閉機底板梁的混凝土澆筑施工。

2 安全性要素

安東河閘墩墻及排架高度17m，施工層面較高，從整體安全性考慮，排架的搭建形式、搭建所需材料剛度和強度直接影響到施工的安全性。因此要對相關要素、效果進行分析和計算，主要考慮以下幾方面：腳手架搭設高度計算；混凝土對模板的側壓力計算及模板拉桿的計算；驗算腳手架整體穩定性。

施工腳架高度為17m，依據工程實例，具體效果分析為：①結合相關參數理論上推求允許高度，允許高度大于實際高度，方可確認為安全；②岸墻混凝土澆筑產生對模板的側壓力，其模板強度是否滿足要求應進行必要的驗算，同時針對產生的側向壓力，選擇滿足強度和剛度要求的拉桿螺栓；③由于要對26.0m以上頂面混凝土進行施工，腳手架立桿作為承載支架的關鍵要素，應對其剛度、強度穩定進行驗算，以滿足施工要求。

3 實例計算

3.1 腳手架允許高度計算

該工程采用扣件式鋼管腳手架進行搭設，兩岸墻之間泄水孔寬度為7m，通航孔為8m，選擇8m單元作為計算實例，進行滿堂腳手架的計算。9.0m～26.0m，計高17m滿堂腳手架用于26.0m以上部位（啟閉機房及工作橋）混凝土澆筑平臺，試計算允許搭設高度。

3.1.1 腳手架荷載計算

根據規范要求，腳手架上操作層附加荷載不大于2700 kN/m，考慮動力系數1.2，超載系數2.0，腳手架自身300N/m，操作層附加荷載W1為：

W1=2×1.2×（2700+300）=7200N/m2

非操作層荷載計算，鋼管理論重38.4N/m，扣除重力10N/個，剪力撐長度近似按對角撐長=1.70m， S=1.2×1.2=1.44m2，鋼管實際長度系數取1.3，則非操作層每層荷載=353.64N/m2。

3.1.2 立桿荷載計算

計算鋼管截面特征：

A=4.893×102mm2，i=15.8mm，L=nl=0.77×1200=924mm， λ==58.48

設計荷載N為：

3.1.3 允許高度計算

假設操作層為n層，安裝層按下式計算：

S×（3W1+nW2）=35.97kN

計算安裝高度h=1.8×33.1=59.58m，安全系數K=1+=1.30，允許安裝高度H==45.83m＞17m，滿堂腳手架高度符合安全性要求。

3.2 混凝土對模板的側向壓力及模板拉桿強度計算

墩墻與排架施工高度分別為7.2m、8.8m，混凝土對模板產生的側向壓力及相關數值是否滿足要求，進行以下設計計算。

3.2.1 混凝土對模板產生側向壓力位置

采用江正榮編著的《建筑施工計算手冊》中混凝土對模板的側壓力計算，計算公式如下：

F=γcH

式中：F—新澆筑混凝土對模板的最大側壓力，kN/m2；

γc—混凝土的重力密度，kN/m3；

to—新澆混凝土的初凝時間，h，可按實測確定。

T—混凝土的溫度，°；

V—混凝土的澆灌速度，m/h；

β1—外加劑影響修正系數，不摻外加劑時取1.0；摻具有緩凝作用的外加劑時取1.2；

β2—混凝土塌落度影響修正系數，當塌落度小于30mm時，取0.85；50～90mm時，取1.0；110～150mm時，取1.15。

3.2.2 墩墻模板受混凝土側向壓力值計算

①側向壓力值計算

β1=1.0，β2=0.85，T=10，H=7.2

F=0.22γctoβ1β2V

=59.09kN/m2

F=γcH=25×7.2=180kN/m2

按取最小值，故最大側壓力為59.09kN/m2

②拉桿選用

拉桿承受的拉力：設橫向間距0.5m，縱向間距0.7m。

P=59.09×1000×0.5×0.7=20681N

查表得P=21000N，選用M16，其容許拉力為24500N＞20681N；螺栓間距標準值為：橫向間距0.5m，縱向間距0.7m；實際配置縱、橫向間距均為0.5m，則符合要求。

③排架計算（H=8.8m）

F=59.09kN/m2

F=γcH=25×8.8=220kN/m2

根據以上公式計算，最大側壓力為59.09 kN/m2，有效壓頭高度h==2.36m，因此，排架拉桿同于墩墻，選用M16。縱、橫向間距均為0.5m，滿足安全要求。3.3墩墻模板強度、剛度校核計算

3.3.1 木模厚度和內模截面、間距

F=59.09kN/m2

F=γcH=25×7.2=180kN/m2及F=γcH=25×8.8 =220kN/m2

取二者中較小值F=59.09 kN/m2作為模板側壓力的標準值，并考慮傾倒混凝土產生水平荷載標準值4 kN/m2，分別取荷載分項系數1.2、1.4，則作用于模板的總荷載：

q=59.09×1.2+4×1.4=76.51kN/m2

3.3.2 木模計算

設木模板的厚度為13mm，l為內模計算跨距，取0.2m。

M=0.1×ql2=0.1×76.51×0.22=0.31kN·m

剛度驗算同樣滿足要求。

3.3.3 內模（圍令）計算

設內模截面50mm×100mm，W=8.33×104N/mm3，I= 4.27×105；外間距200mm。

①強度驗算

M=0.1×ql20.22=0.236kN·m

②剛度驗算

3.4 滿堂腳手支架整體穩定設計的計算

3.4.1 模板及其支架設計

模板采用13mm厚的膠合板，支架采用Ф48鋼管腳手架滿堂搭設。由于工作橋面為井字梁（主次梁），根據多年的施工經驗和該工程井字梁設計尺寸，其模板支架的立桿可初步設定在一個井字框內設立四根立桿，即立桿間距@1200mm，步距為900mm的方案。采用PKPM軟件進行復核計算，主要復核計算兩側大梁范圍荷載最大的部位。詳見計算書。經復核計算其立桿的穩定性滿足要求，橫桿作用在立桿上的力達10.1kN，而采用碗扣的立桿允許承載力可達P=30kN，故在搭設過程中能滿足使用的要求。

構造要求：

①每根立桿底部用木板楔塊墊平，楔塊直接墊在閘室底板位置。

②腳手架必須設置縱橫向掃地桿，底層步距不得大于0.6m，立桿上的對接應錯開500mm交錯布置。

③滿堂模板支架四邊與中間每隔四排支架立桿應設置一道縱向剪刀撐，由底至頂連續設置。

圖1 梁底鋼管腳手架支撐計算簡圖

④高于4m的模板支架，其兩端與中間每隔4排立桿從頂層開始向下每隔2步設置一道水平剪刀撐。該水平剪刀撐主要設置在池頂平面上，并在此層設置一道腳手板。

⑤梁底板按設計要求起拱。

3.4.2 立桿支撐計算

①基本參數

承受荷載值：模板自重，kN/m2，取0.750；

鋼筋自重，kN/m3，取1.500；

混凝土自重，kN/m3，取24.000；

施工荷載標準值，kN/m2，取1.000；

振搗荷載標準值，kN/m2，取2.000。

②計算

模板支撐條件的計算：模板支撐條件采用鋼管腳手架形式，主要計算立桿的穩定性，按照兩端鉸接軸心受壓構件進行計算。模板由方木條支撐頂端橫桿上，橫桿承受集中荷載，橫桿的受力按照簡支梁計算；橫桿將荷載傳給縱桿；立桿作為縱桿的支撐件，縱桿將荷載傳給立桿作為軸向力。

荷載計算(含面板、主梁及次梁)：

模板0.750kN/m2；

混凝土+鋼筋=24+1.5=25.5kN/m3；

施工荷載+振搗荷載=3kN/m。

面板、主梁及次梁荷載計算：

0.15×1.65×1.2×25.5+0.4×0.85×1.2×25.5+0.3× 0.2×1.25×1.2×25.5=20.27kN

腳手架支撐計算見圖1。

鋼管采用Ф48×3.5的焊接圓鋼管。

鋼管腳手架布置2排。鋼管頂端橫桿的計算跨度（立桿的水平間距）為1200mm；鋼管立桿的步距L=900mm。

計算公式:f1=N/ФA

其中:N—軸心壓力的計算值，10100N；

A—鋼管凈截面面積，489.00mm2；

φ—軸心受壓立桿的穩定系數，由長細比λ=L/i，查表得到φ=0.744；

L—鋼管立桿的步距，900.00mm；

i—鋼管立桿的回轉半徑，15.80mm；f1—鋼管立桿受壓強度計算值，N/mm2。經計算得到f1=N/φA=27.76N/mm2。

f—鋼管立桿抗壓強度設計值，取215.00N/mm2f1＜f，鋼管立桿支撐強度滿足穩定性要求。

4 綜述

通過以上對腳手架高度允許值計算、模板拉桿的驗算以及滿堂腳手架整體穩定性的計算，選取了相應的材料以及型號、尺寸。施工過程中整體穩定性和安全性未出現任何問題，避免了跑模、炸模和失穩現象的發生，提高了排架墻身混凝土內外質量，確保了整體施工安全